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天然气流量计种类及优缺点
关键字:天然气流量计,气体涡轮流量计,旋进旋涡流量计

适合天然气流量计量的流量计有:容积式流量计、差压式流量计、超声波流量计、涡轮流量计、涡街流量计、质量流量计和旋进旋涡流量计。下面分别阐述这些天然气流量计的原理、特点及应用概况。
一、差压式流量计
差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据,根据节流原理,当流体流经节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等),在其前后产生压差,此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中,因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究最充分、已标准化而得到最广泛的应用。
差压式流量计一般由节流装置(节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路)和差压计组成,对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)、流量计算机等,组分不稳定时还需要配置在线密度计(或色谱仪)等。
优点:
1、应用最多的孔板式流量计结构简单、牢固,性能稳定可靠,使用寿命长、价格低廉 。
2、应用范围极广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比,全部单相流体,包括液、气、蒸汽皆可测量,部分混相流。
3、检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于经济生产。
4、标准型节流式DPF无需实流校准,即可投用,在流量计中也是唯一的。
缺点:
1、测量重复性、精度普遍偏低。
2、范围度窄,由于差压信号与流量为平方关系,一般范围度仅3:1~4:1。
3、现场安装条件要求高,需要较长的直管段。
4、压损大(指孔板、喷嘴等)
应用概况:
差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几毫米到几米;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。
二、气体涡轮流量计
当流体流经涡轮流量传感器时,在流体推力作用下涡轮受力旋转,其转速与流体平均流速成正比,涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值,检测线圈中的磁通随之发生周期性变化,产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量(雷诺数)范围内,该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。
优点:
1、高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计,国产的一般为±1%R~±1.5%R。
2、重复性好,短期重复性可达0.05%~0.2%,如经常校准或在线校准可以得到极高的精确度。
3、输出脉冲频率信号,适用于总量计量及与计算机连接,无零点漂移,抗干扰能力强。可获得很高的频率信号(3~4kHz),信号分辨力强。
4、范围度宽,中大口径可达40:1~10:1,小口径为6:1~5:1。
5、结构紧凑轻巧,安装维护方便,流通能力大。
6、适用高压测量,仪表表体上不必开孔,易制成高压型仪表。
缺点:
1、不能长期保持校准特性,需要定期检定。
2、流体物性(密度、粘度)对流量特性有较大影响。要根据他们对精确度影响程度采取补偿措施,才能保持高的计量精度。
3、气体涡轮流量计受来流流速分布畸变和旋转流的影响较大,传感器上下游侧需设置较长直管段。
4、不适于脉动流和混相流的测量。
5、对被测介质的清洁度要求较高,虽然可安装过滤器以适应脏污介质,但也带来压损增大、维护量增加等副作用。
6、小口径(DN50以下)仪表的流量特性受物性影响严重,故小口径TUF的仪表性能难以提高。
应用概况:
气体涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、燃气和低温流体。在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的燃气计量仪表。
三、涡街流量计
在流体中安放非流线型旋涡发生体,流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。
优点:
1、结构简单牢固,维护方便、维护量少。
2、适用流体种类多,如液体、气体、蒸汽和部分混相流体。
3、精度较高,一般为±1%R~±2%R
4、范围度宽,可达20:1~10:1
5、压损小,约为孔板的1/4~1/2。
6、输出脉冲频率信号,适用于总量计量及与计算机连接,无零点漂移
7、在一定雷诺数范围内,输出频率信号不受流体物性(密度、粘度)和组分的影响,即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关,只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质。VSF在各种流量计是一种较有可能成为仅需干式校验的流量计。
缺点:
1、不适用于低雷诺数测量(ReD≥2×104),在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制。
2、旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响,需较长直管段。
3、涡街流量计对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所。
4、仪表系数较低(与涡轮流量计相比),分辨率低,口径愈大愈低,一般用于DN300以下。
5、仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。
四、旋进旋涡流量计
当流体通过螺旋形导流叶片组成的起旋器后,流体被强迫围绕中心线强烈地旋转形成旋涡流,通过扩大管时旋涡中心沿一锥形螺旋形进动。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡流的进动频率与流经旋进涡流量传感器处流体的体积流量成正比。
旋进流量计的特点与涡街基本相同,只是有三点区别:一是流量计压损大得多,其压损约为涡街的3~4倍;二是抗干扰的能力强,必要的直管段长度短,一般上游取5D,下游取1D;三是始动流量较大。
五、容积式流量计
容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。在容积式流量计的内部,有一构成固定的大空间和一组将该空间分割成若干个已知容积的小空间的旋转体,如腰轮、皮膜、转筒、刮板、椭圆齿轮、活塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动,不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据一定时间内旋转体转动的次数,即可求出流体流过的体积量。
在标准状态下,容积式流量计的体积流量计算公式与速度流量计相同。气体容积式流量计属机械式仪表,一般由测量体和积算器组成,对温度和压力变化的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)、流量积算仪(温压补偿)或流量计算机(温压及压缩因子补偿)。容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、湿式气量计及膜式流量计等。
1、气体腰轮流量计(也称罗茨流量计PDF)
其工作原理:随着气体的通过,仪表入口和出口间产生的差压作用在由高精密同步轮联结在一起的一对腰轮上,从而驱动腰轮轮流旋转。在这期间,腰轮与壳体内壁形成的计量腔周期地充气和排气,腰轮的转数与通过仪表的气体体积量成正比。腰轮的旋转经由多级齿轮系减速,然后经磁性耦合传送到计数器,累计流过的气体总量。
优点:
A、计量精度高,坚固而不变的计量室,确保永久、非调整的高精度和良好的重复性,而且精度不受介子压力和流量变化的影响。具有15年以上的寿命。
B、在旋转流和管道阻流件流速畸变时对计量精度没有影响,没有前置直管段要求。
C、可用于高粘度液体的测量。
D、始动流量小,测量范围度宽,一般为1:20,适合于计量负荷变动大的气体流量测量。
E、直读式仪表无需外部能源可直接获得累计、总量,清晰明了,操作简便。
缺点:
A、结构复杂,体积庞大、笨重 ,一般只适合中小口径。
B、被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大。
C、不适用于高、低温场合。
D、大部分仪表只适用于洁净单相流体。
E、产生噪声及振动。
2、膜式表(又称家用燃气表)
膜式表的工作原理:
被测量的燃气从表的入口进入,充满表内空间,经过开放的滑阀座孔进入计量室2及4,依靠薄膜两面的气体压力差推动计量室的薄膜运动,迫使计量室1及3内的气体通过滑阀及分配室从出口流出。当薄膜运动到尽头时,依靠转动机构的惯性作用使滑阀盖相反运动。计量室1、3和入口相通,2、4和出口相通,薄膜往返运动一次,完成一个回转,这时表的读数值就应为表的一回转流量(即计量室的有效体积),膜式表的积累流量值即为一回转流量和回转数的乘积。
皮膜表的最大优点是量程比较宽,可以达到1:160,特别适用于流量变化很大的用户。
六、质量流量计
科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。
优点
可直接测量质量流量、很高的精度、可测量流体范围广、不要求直管段、测量值对粘度不敏感,流体密度变化对测量值的影响微小。
缺点
零点不稳定、不能测量低密度介质(低压气体)、对外界干扰较为敏感、压力损失大。不能用于较大管径,目前局限于200mm以下。另外价格昂贵。
应用概况
压缩天然气作为车用燃料将在城市中大力推广,在使用中必须解决汽车加气站的计量问题。科氏质量流量计用于气体测量遇到难题为一般气体的密度低,不能适应仪表性能要求,高压(压缩)天然气使气体密度大幅度提高,恰好满足了这个要求,科氏质量流量计已经成为汽车加气站的主要计量仪表。但用于气体测量时性能(主要指测量精度)低于液体。

 
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